Расчет ректификационной колонны

где Х_ср.в – средний массовый состав жидкости в верхней части

       32 – молярная масса метилового спирта

       18 – молярная масса воды

в нижней части колонны [1. Ф-9.3 стр 249] 
 
 

М_н = 32*Х_ср.н + 18(1 – Х_ср.н) = 0,027 * 32 + 18(1–0,027) = 18,287 кг/кмоль 
 
 
 

где Х_ср.н – средний массовый состав жидкости в нижней части

       32 – молярная масса метилового спирта

      18 – молярная масса воды 
 
 

Мольная масса:

 Дистиллята 
 

М_р = 32*Х_Р+ 18(1 – Х_Р) = 0,666 * 32 + 18(1–0,666) = 27,324 кг/кмоль 
 

где – 32 – молярная масса метилового спирта

         18 – молярная масса воды

        0,666 – концентрация дистиллята

 Исходной смеси 
 

М_F = 32*Х_F+ 18(1 – Х_F) = 0,037 * 32 + 18(1–0,037) = 18,518 кг/кмоль 
 

где – 32 – молярная масса метилового спирта

         18 – молярная масса воды

         0,037 – концентрация исходной смеси

Кубового остатка 
 
 

М_Р = 32*Х_Р+ 18(1 – Х_Р) = 0,018 * 32 + 18(1–0,08) = 18,252 кг/кмоль 
 
 

где – 32 – молярная масса метилового спирта

         18 – молярная масса воды

         0,018 – концентрация кубового остатка

Средний мольный состав паров:

в верхней части колонны

где Х_р – концентрация дистиллята

      Х_F – концентрация исходной смеси

в нижней части колонны

где Хw – концентрация кубового остатка

      Х_F – концентрация исходной смеси

Средняя мольная масса паров:

в верхней части колонны

М_Р = 0,634 * 32 + 18(1–0,634) = 26,876 кг/кмоль 

где 32 – молярная масса метилового спирта

      18 – молярная масса воды

     0,634 – средний мольный состав паров в верхней части колонны

в нижней части колонны

М_Р = 0,219 * 32 + 18(1–0,219) = 21,066 кг/кмоль

 где 32 – молярная масса метилового спирта

      18 – молярная масса воды

      0,219 – средний мольный состав паров в нижней части колонны 
 
 
 
 

Средняя плотность жидкости:

в верхней части колонны при t_ср [1. Ф-9.33 стр258]

ρ_в = ρ_мс*X_ср.в + ρ_в(1– X_ср.в) = 41*0,342+977(1–0,342) = 656,888 кг/м³ 
 
 

где ρ_мс – плотность метилового спирта при tср

       ρ_в – плотность воды при tср

        X_ср.в – средний массовый состав жидкости в верхней части

в нижней части колонны при tср [1. Ф-9.33 стр. 258]

ρ_н = ρ_мс*X_ср.н + ρ_в(1– X_ср.н) = 41*0,027+977(1–0,027) = 941,025 кг/м³ 
 
 
 

где ρ_мс – плотность метилового спирта при tср

       ρ_в – плотность воды при tср

       X_ср.н – средний массовый состав жидкости в нижней части

Средняя плотность пара:

в верхней части колонны при t_cр.в [1. Ф-9.37 стр. 258]

где М_в – средняя мольная масса жидкости в верхней части колонны

    t_cр.в – средняя температура пара в верхней части колонны

в нижней части колонны при t_cр.н [1. Ф-2.37 стр.258]

где М_н – средняя мольная масса жидкости в нижней части колонны

    t_cр.н – средняя температура пара в нижней части колонны

Массовый расход жидкости:

в верхней части колонны [1. Ф-9.9 стр.250]

где М_в - средняя мольная масса жидкости в верхней части колонны

     М_р – мольная масса дистиллята

     P - производительность по дистилляту

       R – рабочее значение флегмового числа 
 
 
 
 
 
 

В нижней части колонны

где М_н - средняя мольная масса жидкости в нижней части колонны

     М_р – мольная масса исходной смеси

     М_р – мольная масса дистиллята

     P - производительность по дистилляту

      R – рабочее значение флегмового числа

      F - производительность по исходной смеси

Массовый поток пара вычисляем по формуле [1. Ф-9.58 стр. 261]:

В верхней части колонны

где М_в – средняя мольная масса жидкости в верхней части колонны

      М_р – мольная масса дистиллята

     P – производительность по дистилляту

      R – рабочее значение флегмового числа

В нижней части колонны

 

где М_в – средняя мольная масса жидкости в верхней части колонны

     М_р – мольная масса дистиллята

     P – производительность по дистилляту

      R – рабочее значение флегмового числа

Расчет скорости пара и диаметра колонны.

Предельно допустимая скорость паров в колонне с калпачковыми тарелками вычисляем по формуле [1. Ф-8.40 стр. 215]:

В верхней части колонны

 

где d_к – диаметр колпачка

       h_к – высота колпачка

      ρ_ж – плотность жидкости

      ρ_п – плотность пара 
 
 
 
 
 
 

аналогично находим предельно допустимую скорость паров в нижней части колонны

В соответствии с рекомендациями рабочую скорость паров в колонне находим по формуле [1. Ф-8.35 стр. 214]:

где U_пред – предельно допустимая скорость паров в колонне с калпачковыми тарелками

Рабочая скорость паров:

в верхней части колонны

в нижней части колонны

Ориентировочный диаметр находим по формуле [1. Ф-8.31 стр. 213]::

в верхней части колонны

 

где π – число равное 3,14

     G_в – массовый поток пара в верхней части колонны

     U_р.в – рабочая скорость паров в верхней части колонны

      ρ_ср.в – средняя плотность пара в верхней части колонны

в нижней части колонны

 

где π – число равное 3,14

     G_в - массовый поток пара в верхней части колонны

     U_р.н - рабочая скорость паров в верхней части колонны

      ρ_ср.н - средняя плотность пара в верхней части колонны 

D = 400 мм по Ост – 26 – 808 – 73 [3]

 

Принимаем 8 тарелок из которых 4 – в верхней части колонны, и 4 – в нижней части колонны. Питающей является 4 – тарелка снизу.

Для колонных аппаратов диаметром 400 мм расстояние между тарелками будет считать равным 200 мм. Принимая расстояние от верхней тарелки до крышки колонны h₁=600 мм и от нижней тарелки до днища h2=1500 мм [3].

определяем высоту колонны:

H_К =(Nд –1)*Hт + h1 + h2 = (8-1)*0,2+0,6+1,5 = 3,5м 

Заключение 

Рассчитали ректификационную колонну для разделения смеси метиловый спирт – вода подаваемый расход 2000 кг/сут, необходима колонна с диаметром D = 400 мм, с колпачковыми тарелками количество готорых12 штук, колпачковая тарелка работает при флегмовом числе 1,33, при этих данных КПД тарелки 0,51 производительность дистиллята 80,66кг/сут. 

 

Список использованной литературы 

1. Иоффе И.Л. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии. – Л.:Химия, 1991. – 352с.

2. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. – Л.:Химия, 2006. – 576с.

3. Колонные аппараты – Каталог 

Размещено на Allbest.ru